第四章栅格数据模型解析

栅格坐标系的确定：表示具有空间分布特征的地理要
素，不论采用什么编码系统，什么数据结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ矢、栅)都应 在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是坐标系原 点和坐标轴的确定。
栅格单元的尺寸： 栅格单元的尺寸确定的原则是应
能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余 度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体 特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数 据量愈大，按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越 高，处理速度越慢。
每个像元的属性是地表相应区域内地理数据的近似 值，因而有可能产生偏差。
在式GIS数据库中，对于分层的栅格数据的存储结构有三种基本方
方法一：基于像元 每一个网格单元都赋予一个数值。（简单，但无法有多重属性） 需要表达多重属性就必须建立多个栅格图层。
建筑物 Z
土地使用 土地产权 地形
Y
X
方法二：基于层
图形文件：照片等
特定GIS软件的栅格数据：ESRI Grid
Satellite Imagery
Air Photos Scanned Maps
优点
◦ 高精度 ◦ 文件大 ◦ 数据结构简单
需要解决问题
◦ 有效存储 ◦ 处理更快 ◦ 容易检索 ◦ 多个客户同时操作
上述问题都与数据结构、数据压缩有关
卫星影像Satellite imagery from many sensors像元 值：从地球表面反射或发射的光能
数字高程模型DEM：由等间隔海拔数据的排列组成以 点为基础的，可转换到栅格
数字正射影像DOM：消除照相机镜头和地形起伏引起 的位移
二值扫描文件：地形图的黑白扫描图像
数字栅格图：地形图的彩色扫描图像
2014.3.7
空间数据在计算机中分层表示
数据层
栅格数据
栅格数据表达中，栅格由一系列的栅格坐标 或像元所处栅格矩阵的行列号（I, J）定义 其位置，每个像元独立编码，并载有属性。 栅格单元的大小代表空间分辨率，表示表达 的精度。在影像中，栅格单元的值是栅格内 的平均灰度。
栅格数据
遥感数据将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统，作 为栅格数据结构的专题地图。
以像元为记录序列，不同层上同一像元位置上的各属性值 表示为一个列数组。N层中只记录一层的像元位置，节约 大量存储空间，因为栅格个数很多。
方法三：基于多边形
以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和 多边形内各像元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同 一属性的制图单元的n个像元的属性只记录一次，便于地 图分析和制图处理。
压缩的目的：除冗余数据，减少数据的存贮量，节省 存贮空间，加快后继处理的速度。
栅格数据的压缩技 术有游程编码、四 叉树编码等。
图形显示输出
矢量数据的压缩主 要是对线性要素中
数据压缩
光滑
心轴线和面状要素
边界的压缩。
数据存储
在数据无压缩的情况下，栅格数据按直接编码顺序
进行存储。所谓直接编码，是将栅格数据看成一个
数字矩阵，数据存储按矩阵编码方式存储。如果为 了特定的目的，也可按下图的特殊编码顺序记录。
Raster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每
一层的pixel值组成像元阵列（即二维数组），其中行、
1、中心归属法：每个栅格单元的值由该栅格的中 心点所在的面域的属性来确定。
2、长度占优法：每个栅格单元的值由该栅格中线 段最长的实体的属性来确定。
3、面积占优法：每个栅格单元的值由该栅格中单 元面积最大的实体的属性来确定。
4、重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选 取最重要的地物的类型作为栅格单元的属性值。 这种方法适用于具有特殊意义而面积较小的实体 要素。
C
A
B
重 要 性
面 积 占 优
栅格数据单元值确定 为了逼近原始数据精
度，除了采用这几种取 值方法外，还可以采用 缩小单个栅格单元的面 积，增加栅格单元总数 的方法。
A
连续分布地理要素
C
具有特殊意义 的较小地物
A
分类较细、 地物斑块较小
AB
数据压缩：从取得的数据集合S中抽取一个子集A，这 个子集作为新的信息源，在规定的精度范围内最好地 逼近原集合，取得尽可能大的压缩比。
图片的扫描逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样和再编码得到栅格数 据文件。
矢量数据转换而来数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢量结构 数据后，再转换为栅格结构；或者运用矢量数据栅格 化技术，利用GIS 直接进行转换，为了有利于某些操作或者有利于输出。
手工方法获取在专题图上均匀划分网格，逐个网格地决定其代码，最后 形成栅格数字地图文件，也叫目读法。
格网分辨率
行
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
列
单个格网代表点，一系列相邻格网单元代表线，邻 接格网的集合代表面。
格网中的每个格网单元有一个值，整型或浮点型。 整型格网单元值通常代表类别数据。浮点型格网单 元值常表示连续数据。
格网中的每一单元值代表了由此行此列决定的该位 置上的空间现象的特征。栅格数据模型不把空间数 据与属性数据明确分开。
以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布 的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现 象的属性特征。换句话说，栅格数据结构就是像 元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个 像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码。
1、点实体：表示为一个像元；
2、线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻 像元的集合；
如以像元边线计算则为7，以像元为单位则为4。
三角形的面积为6个平方单位，而右图中则为7个平 方单位，这种误差随像元的增大而增加。
c
ac距离: 7/4 (5)
面积: 7
(6)
c
5 3
a
4
b
a
b
栅格数据的比例尺就是栅格的大小与地表相应单元 的大小之比，当像元所表示的面积较大时，对长度、 面积等的量测有较大影响。
3、面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合
面 线
点
在栅格结构中，地表被分成相互邻接、规则排列 的矩形方块(特殊的情况下也可以是三角形或菱 形、六边形等 。每个地块与一个栅格单元相对应。 栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元 大小之比。
（a）三角形
（b） 菱形
（c) 六边形
格网方向